[發(fā)明專利]丙酮傳感器裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210092059.9
• 申請(qǐng)日: 2012-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103364443A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉哲良;果尚志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 葉哲良
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周長(zhǎng)興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是有關(guān)于丙酮傳感器裝置，特別是關(guān)于一種丙酮傳感器裝置，其可檢測(cè)出低丙酮濃度氣體樣本的丙酮濃度。

背景技術(shù)

超過(guò)二百種揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC?volatile?organic?compound)存在于人類的呼吸中，而這些VOC的濃度一般位在次ppm或更低的等級(jí)。有報(bào)告指出人類呼吸中出現(xiàn)VOC濃度異常的現(xiàn)象與不健康/受損的身體/器官有關(guān)。例如，丙酮于糖尿病，三甲胺于尿毒癥，及阿摩尼亞于腎臟病。因此，人類呼吸中的VOC可作為疾病專屬生物標(biāo)記以應(yīng)用于非侵入式疾病篩檢或追蹤。

丙酮可在人體內(nèi)經(jīng)由脂肪酸氧化產(chǎn)生，且血液系統(tǒng)中多出的丙酮會(huì)經(jīng)由肺排出。較高的丙酮濃度(從1.7ppm到3.7ppm)可在糖尿病患的呼吸中測(cè)出，而健康者呼吸中的丙酮濃度一般會(huì)低于0.8ppm。因此，具有次ppm丙酮偵測(cè)能力的氣體傳感器在糖尿病的非侵入式追蹤或診斷中扮演一重要角色。

在公知技術(shù)中，美國(guó)US6,454,723專利揭示了一代謝適能訓(xùn)練裝置，用以在一受訓(xùn)者運(yùn)動(dòng)時(shí)量測(cè)丙酮濃度。該代謝適能訓(xùn)練裝置具有一罩體、一丙酮傳感器、一光學(xué)偵測(cè)電路、以及附于該罩體的一吹氣口。該丙酮傳感器具有像柳醛(salicylaldehyde)或其衍生物的試劑以與丙酮反應(yīng)而改變?cè)摫獋鞲衅鞯墓獯┩感?。該光學(xué)偵測(cè)電路包含一LED及一光偵測(cè)器或一光量測(cè)儀器以量測(cè)該丙酮傳感器的光穿透性變化，并依該光穿透性的變化產(chǎn)生丙酮濃度數(shù)值。其亦包含一顯示器以顯示丙酮濃度。

美國(guó)US7,417,730揭示由偵測(cè)及量化呼氣中的丙酮含量以追蹤糖尿病的裝置及方法，其采用與一光譜儀結(jié)合的一微等離子體源。該微等離子體源提供足夠的能量以在一呼氣樣本中產(chǎn)生發(fā)光的受激丙酮斷片。所發(fā)出的光被送到該光譜儀以產(chǎn)生一發(fā)射光譜，以偵測(cè)及量化該呼氣樣本中的丙酮含量。

然而，美國(guó)US6,454,723及US7,417,730都有過(guò)于昂貴及不夠輕巧的缺點(diǎn)。

另外，桌上型設(shè)備，像氣相層析質(zhì)譜儀(Gas?Chromatography-Mass?Spectrometry)或質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀(Proton?Transfer?Reaction-MassSpectrometry)亦可偵測(cè)次ppm的VOC。然而，此類設(shè)備并不符合診所或住家在可移植性、小外觀尺寸、高效能、及時(shí)分析等方面的要求。

公知還有一些傳感器可偵測(cè)低濃度的氣體，包括電化學(xué)傳感器、表面聲波傳感器、石英微量天平傳感器、及半導(dǎo)體氣體傳感器。其中，所述半導(dǎo)體氣體傳感器是形成于半導(dǎo)體材料上、被視為電子組件、且可進(jìn)一步與其他電子電路整合。

表1比較了一些形成在金屬氧化物或金屬氮化物上的無(wú)柵極(gateless)丙酮傳感器。所列出的金屬氧化物材料有LaFeO₃、In₂O₃、WO₃、及ZnO，但大部分都無(wú)法達(dá)成高靈敏度及高線性的次ppm丙酮偵測(cè)。

表1：丙酮傳感器比較表

為解決前述問(wèn)題，亟需一新穎的傳感器裝置，一種輕巧、可攜帶、不昂貴、且可在一呼氣樣本中偵測(cè)到極低丙酮濃度的丙酮傳感器裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種丙酮傳感器裝置，經(jīng)克服公知技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種丙酮傳感器裝置，其具有：

一容氣室，用以容納取自一受測(cè)者的一呼氣樣本；以及

一丙酮傳感器，置于該容氣室中以依該呼氣樣本的丙酮濃度產(chǎn)生一輸出電流，該丙酮傳感器具有：

一基板；

一緩沖層，沉積于該基板上；

一InN外延層，沉積于該緩沖層上以提供該輸出電流的一電流路徑；

一第一導(dǎo)電接點(diǎn)，沉積于該InN外延層之上以提供一漏極接點(diǎn)；以及

一第二導(dǎo)電接點(diǎn)，沉積于該InN外延層之上以提供一源極接點(diǎn)。

所述的丙酮傳感器裝置，其中，該基板是一c-平面藍(lán)寶石層或一(111)硅晶層。

所述的丙酮傳感器裝置，其中，該緩沖層是一氮化鋁(AlN)層。

所述的丙酮傳感器裝置，其中，該第一導(dǎo)電接點(diǎn)及該第二導(dǎo)電接點(diǎn)由金屬構(gòu)成。

所述的丙酮傳感器裝置，其中，該第一導(dǎo)電接點(diǎn)及該第二導(dǎo)電接點(diǎn)均具有Au/Al/Ti的結(jié)構(gòu)。

所述的丙酮傳感器裝置，其中，該第一導(dǎo)電接點(diǎn)是用以耦接一第一電壓及該第二導(dǎo)電接點(diǎn)是用以耦接一第二電壓。